水污染控制工程课程设计报告.doc

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《水污染控制工程》

课程设计报告

题目

某淀粉厂废水处理厂设计

系部

环境科学与工程学院

专业班级

组员

指导教师

柴天

设计时间

2014-2015学年第二学期16-17周

二OO五年06月24日

小组任务分配

共同完成部分：

1、设计任务书

2、工艺方法的选择等主要整体步骤

：

1、格栅槽的设计（包括格栅的设计、分馏格栅槽布置、调节沉淀池的设计（包括设计说明、设计计算

2、UASB设计计算（包括设计说明、UASB反应器工艺构造设计计算、布水系统的设计计算、出水渠设计计算、排泥管的设计计算、UASB排水管设计计算、沼气管路系统设计计算、UASB的其他设计）

3、一次污水泵设计（包括设计说明、污水泵设置、污水泵计算）

4、二次污水泵设计（包括设计说明、污水泵设计计算）

5、平面图绘制

：

1、预曝沉淀池设计（包括设计说明、曝气沉淀池工艺构造计算、曝气装置设计计算、沉淀池出水渠计算、排泥、进水配水）

2、SBR设计计算（包括设计计算说明、SBR反应池容积计算、SBR反应池运行时间与水位控制、排水口高度和排水管管径、排泥量及排泥系统、需氧量及曝气系统设计计算）

3、鼓风机房设计（包括供风量、供风风压、鼓风机的选择、鼓风机房布置）

4、剖面图绘制

5、PPT制作

：

1、污泥处理设计（包括产泥量、污泥处理方式、集泥井容积计算、集泥井排泥泵）

2、污泥浓缩池设计计算（包括设计说明、容积计算、工艺构造尺寸、排水和排泥、污泥脱水系统设计、污泥贮柜、污泥脱水机房）

3、主要构筑物参数

4、整体设计整合

5、高程图绘制

目录

1.设计任务书 5

1.1设计目的 5

1.2设计任务及内容 5

1.3设计背景及资料 5

1.3.1设计背景 6

1.3.2设计依据 6

1.3.3处理后出水水质要求 7

1.4污水水指标 7

2.工艺流程的设计及说明 7

2.1工艺流程的选择与确定 7

2.1.1常规二级处理工艺 7

2.1.2工艺方案选择 9

2.1.3厌氧处理工艺比较与选择 9

2.1.4好氧处理工艺比较与选择 11

2.2工艺流程说明 12

3．处理构筑物的设计计算 13

3.1分流格栅槽的设计 13

3.1.1格栅的设计 13

3.1.2分馏格栅槽布置 14

3.2调节池的设计 14

3.2.1设计说明 14

3.2.2设计计算 15

3.3一次污水泵设计计算 15

3.3.1设计说明 15

3.3.2污水泵设置 15

3.3.3污水泵计算 15

3.4UASB设计计算 17

3.4.1设计说明 17

3.4.2UASB反应器工艺构造设计计算 17

3.4.3布水系统的设计计算 22

3.4.4出水渠设计计算 24

3.4.5UASB排水管设计计算 26

3.4.6排泥管的设计计算 26

3.4.7沼气管路系统设计计算 27

3.4.8UASB的其他设计 29

3.5二次污水提升泵设计计算 30

3.5.1设计说明 30

3.5.2污水泵设计计算 30

3.6预曝气沉淀池设计计算 32

3.6.1设计说明 32

3.6.2曝气沉淀池工艺构造计算 32

3.6.3曝气装置设计计算 34

3.6.4沉淀池出水渠计算 34

3.6.5排泥 35

3.6.6进水配水 35

3.7SBR反应池设计计算 35

3.7.1设计计算说明 35

3.7.2SBR反应池容积计算 36

3.7.3SBR反应池运行时间与水位控制 37

3.7.4排水口高度和排水管管径 37

3.7.5排泥量及排泥系统 37

3.7.6需氧量及曝气系统设计计算 38

3.8鼓风机房设计 41

3.8.1供风量 41

3.8.2供风风压 42

3.8.3鼓风机的选择 42

3.8.4鼓风机房布置 42

3.9污泥处理系统 42

3.9.1产泥量 42

3.9.2污泥处理方式 43

3.9.3集泥井容积计算 43

3.9.4集泥井排泥泵 43

3.10污泥浓缩池设计计算 43

3.10.1设计说明 43

3.10.2容积计算 44

3.10.3工艺构造尺寸 44

3.10.4排水和排泥 44

3.11污泥脱水系统设计 44

3.11.1污泥贮柜 44

3.11.2污泥脱水机房 45

4污水处理站平面布置和高程布置 46

4.1构筑物和建筑物主要设计参数 46

4.2污水处理站平面布置 48

4.2.1布置原则 48

4.2.2管线设计 48

4.2.3平面布置特点 49

4.3污水处理站高程布置 49

5.参考文献 50

1.设计任务书

1.1设计目的

课程设计是环境科学专业教学计划中的一个重要的实践性教学环节。

通过工程设计，综合运用和深化所学理论知识；学会调查研究、收集设计资料，根据工程要求和设计规范选择、制定设计方案，并利用标准图集和设计手册等完成设计任务；进一步提高设计计算、绘图、编制工程预算，编写设计说明书和计算书及使用计算机技能；培养独立分析和解决一般工程实际问题的能力，使学生受到工程师的基本训练。

通过本设计，使学生巩固和加深对水污染控制工程的基本理论和基本概念的理解，掌握水处理处理厂（站）的设计计算要点。

使学生初步具有水处理处理厂（站）的设计能力。

1.2设计任务及内容

拟新建某淀粉厂废水处理厂一座，

（1）收集相关资料，确定废水水量水质及其变化特征和处理要求；

（2）对废水处理工艺进行分析比较，提出适宜的处理工艺方案和工艺流程；

（3）结合水质水量特征，确定各处理构筑物的型式；

（4）进行全面的处理工艺设计计算，确定各构筑物尺寸构造和设备选型；

（5）进行厂区平面布置及水力高程计算；

本次课设为某淀粉厂废水处理厂设计，规模为2300m3/d。

根据某淀粉厂排放的废水特点及提供的占地面积，本设计方案通过UASB工艺，SBR工艺,稳定、经济技术合理且具有良好除氮除磷功能的处理工艺，保证废水达到国家《污水综合排放标准》（GB25461－2010）一级标准，同时使投资、占地面积、运行管理度达到最佳设置。

1.3设计背景及资料

1.3.1设计背景

食品工业是以粮食和农副产品为主要原料的加工工业。

这类行业用水量大，废水排放量也大，尤其以淀粉工业废水的排放量占首位。

我国淀粉行业有600多家企业。

在国内，每生产1m3淀粉就要产生10～20m3废水，有的甚至更多。

废水中主要含有淀粉、糖类、蛋白质、废酸和废碱等污染物，随生产工艺的不同，废水中的COD浓度在2000～20000mg/l之间。

这些淀粉废水若不经过处理直接排放，其水中所含有的有机物，进入水体后迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧而影响鱼类和其他水生动物的生存，同时废水中悬浮物易在厌氧条件下分解产生臭气，恶化水质。

1.3.2设计依据

（1）废水水量及水质：

废水水量：

2300m3/d=26.62L/s,Kz=1.88

COD=9500mg/L

BOD5=4500mg/L

SS=350mg/L

pH：

5~6

水温30oC

（2）气象水文资料：

风向：

春季：

南风（东南）

夏季：

南风（东南、西南）

秋季：

南风、北风

冬季：

西北风

气温：

年平均气温：

7~8oC

最高气温：

34oC

最低气温：

-10oC

冻土深度：

60cm

地下水位：

4-5m

地震裂度：

6级

地基承载力：

各层均在120kPa以上

（3）拟建污水处理厂的场地：

为80×30平方米的平坦地，位于主厂区的南方。

生产车间排水经管道自流到污水厂边的集水池（V=50m3，池底较污水厂地平面低4.00m）。

处理水排水管的管底标高比主厂区低5米。

1.3.3处理后出水水质要求

处理后水质要求：

COD≤100mg/L

BOD5≤20mg/L

SS≤70mg/L

pH：

6~9

1.4污水水指标

表1-1污水水质指标

指标

BOD5

CODcr

SS

TN

NH3-N

TP

pH

废水进水水质（mg/L）

4500

9500

350

-

-

-

5-6

出水水质（mg/L）

20

100

70

-

-

-

6-9

处理程度（%）

99.6

98.9

80

-

-

-

/

2.工艺流程的设计及说明

2.1工艺流程的选择与确定

2.1.1常规二级处理工艺

根据我国现行《室外排水设计规范》（GBJl4—87），污水处理厂的处理效率见下表。

表2-1污水处理厂的处理效率表

处理级别

处理方法

主要工艺

处理效率（%）

SS

BOD5

一级

沉淀法

沉淀

40—50

20—30

二级

生物膜法

初次沉淀、生物膜法、二次沉淀

60—90

65—90

活性污泥法

初次沉淀、曝气、二次沉淀

70—95

65—95

从上表可见，二级活性污泥法的处理效率最高。

但活性污泥法有多种运行方式，现将各种运行方法做一比较，见下表。

表2-2活性污泥法工艺比较

方法

优点

缺点

适用对象

传统活性污泥法

BOD去除率高达90-95%

工作稳定

构造简单

维护方便

占地大投资高

产泥多且稳定性差

抗冲击能力较差

运行费用较高

出水要求高的大中型污水厂

吸附再生活性污泥法

构造简单维护方便

具有抗冲击负荷能力

运行费用较低

BOD去除率80-90%

剩余污泥量大且稳定性较差

悬浮性有机物含量高的大中型污水厂

完全混合活性污泥法

抗冲击负荷能力强

运行费用较低

占地不多投资省

BOD去除率80-90%

构造较复杂

污泥易膨胀

设备维修工作量大

污水浓度高的中小型污水厂

氧化沟法

BOD去除率95%以上

有较高脱氮效果

系统简单管理方便

产泥少且稳定性好

曝气池占地多投资高

运行费用较高

悬浮性BOD低有脱氮要求的中小型污水厂

间歇式活性污泥法

无须设置调节池

SVI值较低，污泥易于沉淀不产生污泥膨胀现象

可以进行脱氮和除磷

运行操作比较烦琐

曝气装置容易堵塞

高浓度可生化有机废水的污水厂

2.1.2工艺方案选择

本项目污水处理的特点：

污水的BOD/COD=0.474，大于0.45，可生化性好，污水的各项指标都比较高，含有大量有机物，非常有利于生物处理。

废水中主要以有机物为主，该污水含有淀粉、糖类、有机酸等溶解性有机物，并不含有害物质，该污水的BOD5和CODcr的含量均很高，出水要求也高，均达到98%以上。

根据水质情况及同行业废水治理现状，技术水平，该废水采用厌氧与好氧相结合的方法来处理，因为水量变化较大，废水首先经过调节沉淀池，调节水量；然后经过厌氧处理装置，大大降低进水有机负荷，获得能源—沼气，并使出水达到好氧处理可接受的浓度，再进行好氧处理，最后经过混凝沉淀池进一步去除氮磷后达标排放。

2.1.3厌氧处理工艺比较与选择

近年来，厌氧处理技术得到很快发展，常用的先进技术有厌氧接触工艺、厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床。

厌氧接触工艺：

厌氧接触工艺是在传统的完全混合反应器（CompleteStirredTankReactor，简写作CSTR）的基础上发展而来的，在一个厌氧的完全混合反应器后增加了污泥分离和回流装置，从而使污泥停留时间（SRT）大于水力停留时间（HRT），有效的增加了反应器中的污泥浓度。

厌氧接触工艺用于高浓度有机污水，为了强化有机物与池内厌氧污泥的充分接触，必须连续搅拌；同时为了提高处理效率，必须连续进水排水。

但这样会造成厌氧污泥的大量流失，因此反应器后要串联沉淀池将厌氧污泥沉淀并回流至厌氧反应器。

厌氧接触工艺存在以下缺点：

①负荷较低，在沉淀池中的固液分离较为困难；

②受污泥浓度的制约，在高的有机负荷下，厌氧接触工艺也会产生类似好氧活性污泥的污泥膨胀问题。

③厌氧接触工艺系统较为复杂，反应器需要搅拌装置，运转设备多，管理比较复杂。

厌氧生物滤池：

是密封的水池，池内放置填料，污水从池底进入，从池顶排出。

微生物附着生长在滤料上，平均停留时间可长达100d左右。

其主优点是：

处理能力较高；滤池内可以保持很高的生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水SS较低；设备简单、操作方便等。

一般要求SS＜200mg/L。

而该污水的进水SS高达434mg/L，因此，不适用此方法。

上流式厌氧污泥床反应器（UASB）：

上流式厌氧污泥床反应器（UASB）是一种高效的生物处理装置。

在反应器底部装有厌氧污泥，污水反应器底部进入，在穿过污泥层时进行有机物与微生物的接触。

产生的生物气附着在污泥颗粒上，使其悬浮于污水，形成下密上疏的悬浮污泥层。

气泡聚集变大脱离污泥颗粒而上升，能起一定的搅拌作用。

有些污泥颗粒被附着的气泡带到上层，撞在三相分离器上使气泡脱离，污泥固体又沉降到污泥层，部分进入澄清区的微小悬浮固体也由于静沉作用而被截留下来，滑落到反应器内。

UASB反应器运行的三个重要前提是：

①反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥；②由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用；③设计合理的三相分离器，使沉降性能良好的污泥能保留在反应器内。

UASB反应器存在以下问题：

①需要性能优良的气、液、固三相分离器保证其出水水质，由此也造成构造的复杂化，并占去了一定的容积。

②UASB反应器抗冲击负荷能力低，当进水的浓度低或SS高时会导致污泥大量流失，影响出水水质。

表2-3多种厌氧处理方法比较表

综合以上分析，结合该工程的实际情况，本工程污水厌氧处理装置采用上流式厌氧污泥床反应器（UASB）。

2.1.4好氧处理工艺比较与选择

有机污水经厌氧处理之后，有机物浓度大大降低，出水的BOD5/COD也降低，污水的可生化性也大大降低。

因此，宜采用好氧处理。

由于UASB对氮和磷几乎没有去处理率，所以后面的好氧处理工艺的主要作用是去除氮和磷。

近年有许多可以去除氮和磷的好氧处理工艺技术，主要有A2O工艺、UCT工艺、SBR工艺等多种工艺。

这三种工艺的优缺点如下表：

表2-4常用生物脱氮除磷工艺性能特点

工艺名称

优点

缺点

A2O工艺

同时脱氮除磷；

反硝化过程为消化提供碱；

反硝化过程同时去除有机物；

污泥沉降性能好；

回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；脱氮受内回流比影响；聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物；

UCT工艺

减少了进入厌氧区的硝酸盐量，提高了除磷效率；对有机物浓度偏低的污水，除磷效果有所改善；脱氮效果好；

操作较为复杂；

需增加附加回流系统；

SBR工艺

间歇运行，每一阶段都有优势菌存在；污泥不断内循环，排泥量少，五个阶段都在一个池内进行，省去了沉淀池和污泥回流设施，投资和占地少；

同时脱氮除磷时操作复杂；

设计过程复杂；

维护要求高，运行对自动控制依赖性强；

通过以上对比，结合该污水的数据资料，最终选择SBR工艺。

2.2工艺流程说明

该淀粉厂生产废水处理工艺流程如图1-1所示。

原污水

分流格栅槽

污水提升泵

调节沉淀池

污水提升泵

UASB

预曝沉淀池

SBR

出水

集泥井

污泥提升泵

浓缩池

脱水机房

泥饼外运

图2-1淀粉废水处理工艺图

对该处理工艺流程作以下说明：

①废水通过格栅截留大颗粒有机物和漂浮物，由于截污量较小，采用人工清渣方式。

雨季或生产不正常时排出雨水或事故废水，通过分流格栅槽中溢流口闸板控制。

②一次污水提升泵，设置集水井，污水泵设置地面上露天放置（考虑环境气温不低于-3℃），污水泵配套引水筒。

③调节沉淀池在调节水量的同时，去除一部分格栅无法截留的悬浮颗粒有机物，如玉米碎粒、玉米皮、泥砂等。

该池采用半地下式结构，便于沉淀物的排除。

④二次污水提升泵泵房为地下式泵房，自灌启动，直接从调节池吸水，泵房出水干管上设置流量计。

为保证UASB运行所需水温，在污水泵吸水井中设置蒸汽管，直接加热污水，并在水泵出水总管上设置水温自控装置，冬季污水温度偏低时，通过加热维持在24~26℃左右。

⑤UASB为主要的生化处理装置，全钢结构，地上式，考虑保温。

沼气部分，设计水封罐、气水分离器。

⑥预曝沉淀池，要改变厌氧出水的溶解氧含量，沉淀去除UASB出水带来的悬浮污泥。

该池为地上式，钢筋混凝土结构。

⑦SBR池为半地下式，钢筋混凝土结构，运行中采用自动控制。

处理出水排入市政污水管。

3．处理构筑物的设计计算

3.1分流格栅槽的设计

3.1.1格栅的设计

（1）设计说明：

格栅主要是拦截废水中的较大颗粒和漂浮物，以确保后续处理的顺利进行。

该厂处理站仅处理生产废水，尽管SS含量不低，但较大漂浮物及较大颗粒少，格栅拦截的污染物不多，故选用人工清渣方式。

栅条选圆钢，栅条宽度S=0.01m，栅条间隙b=0.02m。

格栅安装倾角α=60°，便于除渣操作。

（2）设计计算

最大设计污水量Qmax=190m3/h=0.05m3/s

污水沟断面尺寸为300mm×450mm

设栅前水深h=0.3m，过栅流速v=1.0m/s

栅条间隙数

，取9。

实际过栅流速v

栅槽宽度

栅槽实取宽度B=0.3m，栅条10根。

进水渠道渐宽部位的长度L1根据最优水力断面计算，进水渠道宽B1=0.2，取进水渠道渐宽部位的展开角度，则进水渠道内的流速：

符合要求。

进水渠道渐宽部位的长度L1为

圆形栅条阻力系数

过栅水头损失

，取0.07m。

取

栅后槽总高度

格栅的总长度L

3.1.2分馏格栅槽布置

在原污水沟上格栅入口下侧设闸板1#（300mm×500mm），污水站正常运行时，污水由闸板截流进入污水站。

污水站发生事故时，格栅前闸板（300mm×500mm）关闭，1#闸板打开，污水分流。

格栅槽总长度=闸板段长度+栅条段长度+渣水分离器筛段长度

=0.5+0.4+1.1=2.0m

3.2调节池的设计

3.2.1设计说明

根据生产废水排放规律，后续处理构筑物对水质水量稳定性的要求，调节池停留时间取8.0h。

调节池采用半地下式，便于利用一次提升的水头，并便于污泥重力排入集泥井，并有一定的保温作用，由于调节池内不安装工艺设备或管道，考虑土建结构可靠性高时故障少，只设一个调节池。

3.2.2设计计算

调节池调节周期T=8.0h

调节池应有容积

调节池有效水深h有效=5.5m

调节池水面面积

取池超高，则池总高

调节池规格12m×12m×5.5m，V有效=12×12×5.5=792m3

3.3一次污水泵设计计算

3.3.1设计说明

一次污水泵从集水井中吸水压至调节池，污水泵设置于地面上，不能自灌，设置引水筒。

3.3.2污水泵设置

集水池50m3

污水泵总提升能力按Qmax考虑，即Qmax=182.08m3/h，选三台泵，则每台流量为Qb=Qmax/3=60.69m3/h，取61m3/h。

选80WGF污水泵三台，另备用一台，单泵提升能力70.0m3/h，扬程16.5m，电动机功率5.5kw，占地尺寸1100mm×500mm。

集水池池底较污水厂地平面低4.00m，平面尺寸5.0m×2.5m，安装三台80WGF污水泵于集水井一侧地面上，平均流量时相当于一用二备。

3.3.3污水泵计算

（1）污水泵流量

Qb=Qmax/3=60.69m3/h取61m3/h

（2）污水泵扬程

①污水泵吸水管水头损失（不记引水筒水头损失）

管径DN150，v=0.94m/s，i=0.011，L=3.0m

局部阻力系数：

吸水管入口ξ1=1.0

引水筒出口ξ2=0.20

沿程阻力损失：

hL1=iL=0.011×3=0.033m

局部阻力损失：

hM1=0.054m

②引水筒出水管水头损失

管径DN125，v=1.36m/s，i=0.026，L=1.0m

局部阻力系数：

引水筒出水管闸阀ξ=0.10

沿程阻力损失：

hL2=iL=0.026×1=0.026m

局部阻力损失：

hM2=0.009m

③污水管出水管水头损失

管径DN100，Q=60.69m3/h，v=2.1m/s，i=0.081，L=5.0m

局部阻力系数：

异径管DV80mm×100mmξ1=0.03

止回阀DN100mmξ2=7.5

闸阀DN100mmξ3=0.2

90°弯头DN100mmξ4=0.6

沿程阻力损失：

hL3=iL=0.081×5=0.41m

局部阻力损失：

hM3=1.87m

④污水泵管路总水头损失：

h1=ΣhL+ΣhM=（0.033+0.026+0.41）+（0.054+0.009+1.87）=2.402m

⑤污水泵的扬程

污水泵提升高度：

h2=4m

出水管出水自由水头：

h3=2.0m

则污水泵所需扬程H=h1+h2+h3=2.402+4+2.0=8.402m

3.4UASB设计计算

3.4.1设计说明

UASB反应器是有荷兰瓦赫宁根农业大学的G·Lettinga等人在20世纪70年代研制的。

80年代以后，我国开始研究UASB在工业废水处理中的应用，90年代该工艺在处理工程中被广泛采用。

UASB一般包括进水配水区、反应区、三相分离区、气室等部分。

UASB反应器的工艺基本出发点如下：

①为污泥絮凝提供有利的物理-化学条件，厌氧污泥即可获得并保持良好的沉淀性能；

②良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，能抵抗较强的冲击。

较大的絮体具有良好的沉降性能，从而提高设备内的污泥浓度；

③通过在反应器内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入反应器。

UASB处理有机工业废水具有以下特点：

①污泥床污泥浓度高，平均污泥浓度可达20~40gVSS/L；

②有机负荷高，中温发酵时容积负荷可达8~12kgCOD/（m3·d）；

③反应器内无混合搅拌设备，无填料，维护管理较简单；

④系统较简单，不需另设沉淀池和污泥回流设施。

本工程所处理淀粉生产废水，属高浓度有机废水，生物降解性好，UASB反应器作为处理工艺的主题，拟按下列参数设计。

设计流量2300m3/d，即95.83m3/h；

进水浓度CODCr=9500mg/L

容积负荷：

Nv=6.5kgCOD/（m3·d）

产气率：

r=0.4m3/COD

污泥产率：

X=0.15kg/kgCOD

3.4.2UASB反应器工艺构造设计计算

（1）UASB总容积计算

UASB总容积

式中Q——设计处理流量，m3/d

Sr——去除的有